Катализ

(от греч. Katalysis - разрушение), изменение скорости хим. Р-ции при воздействии в-в ( катализаторов), к-рые участвуют в р-ции, но не входят в состав продуктов. Катализатор не находится в стехиометрич. Отношениях с продуктами и регенерируется после каждого цикла превращ. Реагентов в продукты. Различают положительный и отрицательный К., в зависимости от того, ускоряет катализатор р-цию или замедляет ее. Как правило, термин "К." относят к ускорению р-ции. В-ва, замедляющие р-цию, наз. ингибиторами. Каталитич. Действие на р-цию могут оказывать образующиеся в ходе р-ции промежут. В-ва или продукты (см. Автокатализ).Для К. Характерно, что небольшие кол-ва катализатора ускоряют превращ. Больших кол-в реагирующих в-в. Так, 1 мас. Ч.

Pt-катализатора вызывает превращ. 104 мас. Ч. SO3 в SO2 или 106 мас. Ч. NH3 в NO. Ускоряющее действие р-рителя на р-цию в р-рах обычно не относят к К. На том основании, что кол-во р-рителя, как правило, значительно превышает кол-во растворенных реагирующих в-в. Известны, однако, случаи ускорения р-ций в присут. Очень малых добавок р-рителя, напр. Воды. Неизменность хим. Состава и структуры катализатора по окончании процесса вряд ли может служить обязательным признаком К. Известно, что хим. Состав выгруженного из реактора катализатора существенно иной, чем у загруженного. На состав и структуру катализатора влияет состав реакц. Смеси. Неизменность хим. Состава и структуры катализатора имеет смысл рассматривать по отношению к той из элементарных стадий сложной каталитич.

Р-ции, в к-рой непосредственно участвует катализатор, однако для этого необходимо надежно установить механизм р-ции, что не всегда возможно. Термин "К." введен И. Берцелиусом в 1835. При гомогенном катализе катализатор и реагирующие в-ва находятся в одной фазе в молекулярно-дисперсном состоянии. При гетерогенном катализе катализатор образует самостоят. Фазу, отделенную границей раздела от фазы, в к-рой находятся реагирующие в-ва. Выделяют также гетерогенно-гомогенный К., при к-ром р-ция начинается на пов-сти твердого катализатора, а затем продолжается в объеме. Межфазным катализом принято называть К. На границе двух несмешивающихся жидкостей. При этом роль катализатора состоит в переносе реагентов между фазами.

Промежут. Положение между гомогенным и гетерогенным К. Занимает микрогетерогенный К. Коллоидными частицами в жидкой фазе. Ускорение р-ций в присут. Мицелл ПАВ наз. мицеллярным катализом. Исключительную роль в процессах в живых организмах играет ферментативный катализ, обусловленный действием ферментов. Важным компонентом пром. Катализаторов являются промоторы - в-ва, добавление к-рых к катализатору в малых кол-вах (проценты или доли процента) увеличивает его активность, селективность или устойчивость. Если промотор добавляется к катализатору в больших кол-вах или сам по себе каталитически активен, катализатор наз. Смешанным. В-ва, воздействие к-рых на катализатор приводит к снижению его активности или полному прекращению каталитич.

Действия, наз. ядами каталитическими. Встречаются случаи, когда одна и та же добавка к катализатору при одних концентрациях и т-рах является промотором, при других - ядом. В гетерог. К. Широко применяют носители - в-ва, сами по себе каталитически неактивные или малоактивные. Нанесение на них катализатора значительно повышает его активность, гл. Обр. Вследствие увеличения пов-сти катализатора или предохранения его частиц от спекания (см. Нанесенные катализаторы). Общие закономерности катализа. Все каталитич. Р-ции -самопроизвольные процессы, т. Е. Протекают в направлении убыли энергии Гиббса системы. Катализатор не смещает положения равновесия хим. Р-ции, если не считать его влияния на коэф. Активности реагирующих в-в в р-рах (или коэф.

Летучести, в случае р-ций в газовой фазе при высоких давлениях). Вблизи от равновесия один и тот же катализатор ускоряет прямую и обратную р-ции в равной степени, вдали от равновесия этого может и не быть. Из неск. Возможных р-ций катализатор ускоряет не обязательно термодинамически наиб. Выгодную, т. Е. Ту, для к-рой убыль энергии Гиббса максимальна. Напр., в присут. Bi2O3.MoO3 пропилен окисляется частично (до акролеина), в присут. Со 3 О 4 происходит полное окисление (до СО 2 и Н 2 О). Мерой селективности (избирательности действия) катализатора является отношение скорости .